JP4799563B2 - 空気調和装置、空気調和装置の冷媒充填方法、空気調和装置の冷媒充填状態判定方法、並びに空気調和装置の冷媒充填・配管洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、機器設置後やメンテナンス時に冷媒を充填する工程において、空気調和装置から検出した運転特性から適正な冷媒充填量を判断し、空気調和装置に自動的に冷媒を充填することを可能にする技術に関する。

空気調和装置の冷媒充填方法については、既にさまざまな手法が提案されている。以下、冷媒充填方法及び適正冷媒量判定手法の基本的な技術について述べる。

従来の冷媒充填方法では、冷媒ボンベと冷媒回路を電磁弁を介して接続し、受液器の出口過冷却度から冷媒充填率を判定して電磁弁を自動開閉することにより冷媒を自動的に充填する方法がある（例えば特許文献１）。

また、従来の適正冷媒充填量判定手法では、空気調和装置の室内温度と室外温度と、吸入過熱度もしくは吐出過熱度と冷媒充填率の関係を予め対象機器について試験結果から求め、記憶しておく方法がある（例えば特許文献２）。また、予め室内温度、室外温度、吸入過熱度及び吐出過熱度と、冷媒封入率及び接続配管長比との関係式を求めておき、室内温度及び室外温度の計測値、ならびに吸入過熱度及び吐出過熱度の計算値から、冷媒封入率と接続配管長比を算出し、冷媒封入率から冷媒封入量を判定する方法がある（例えば特許文献３）。さらに、外気温度から目標過冷却度を決定し、冷凍サイクル運転中の過冷却度と比較して、過冷却度が目標過冷却度より小さい間は冷媒を補充し、目標過冷却度と一致した時点で冷媒の補充を停止する方法もある（例えば特許文献４）。

特開２００５−１１４１８４号公報 特開平０４−００３８６６号公報 特開平０４−１５１４７５号公報 特開平０５−０９９５４０号公報 瀬下裕・藤井雅雄著「コンパクト熱交換器」日刊工業新聞社、1992年 G.P.Gaspari著「Proc.5th Int. Heat Transfer Conference」、1974年

しかしながら上記従来の構成では、凝縮熱交換器が１台のみの冷房運転にしか対応しておらず、暖房運転や凝縮熱交換器が複数存在する場合には冷媒充填量の適正判定ができないという問題があった。

また、従来の構成では、機器設置後に冷媒配管の長さ情報などを入力する必要があるため、機器据付時に配管長さを調べ、入力する必要があるため手間がかかるという問題があった。また、既設配管を再利用して空気調和装置を新設するリプレース時においては、冷媒配管が建物内に埋め込まれており、正確な冷媒配管長が把握できないという問題があった。

また、アキュムレータやレシーバーなどの余剰冷媒を貯留する機器が構成要素としてある機種では、充填冷媒量が変化しても冷凍サイクルの温度、圧力は変わらないため、温度、圧力情報からサイクルシミュレーションを実施しても、冷媒充填量を検知できないという問題があった。

また、従来の構成では、起動時や冷媒充填時にアキュムレータに液冷媒が溜まる可能性があり、アキュムレータ内にある液冷媒を蒸発させて正確な冷媒量判定が可能となるまでに多大な時間を必要とし、作業性が悪化するという課題があった。さらに、アキュムレータ内の液冷媒有無がわからず、液冷媒が残った状態で冷媒量判定を行い誤判定する可能性があった。

また、従来の空気調和装置の冷媒充填量判定手法では、多種多様な室外機と室内機の組み合わせについて個別に関係式を求めておく必要があり、組み合わせ数の多い空気調和装置システムに対しては試験負荷が多大となり実施が困難であった。また、関係式が機種に依存するため他機種への応用が効かず、新機種開発の度に多大な労力を要するという問題があった。
これらの課題に対応するため、本発明では以下の様な構成を採用する。

本発明は、空気調和装置の過熱度や過冷却度など単一な運転状態量ではなく、複数のパラメータに基づく凝縮器の液相面積比率を演算できるようにしたものである。
また、その液相面積比率を基に、冷凍サイクル中の冷媒充填状態を判定できるようにしたものである。

本発明の空気調和装置は、圧縮機と、少なくとも１つの高圧側熱交換器と、各高圧側熱交換器に対応した絞り装置と、少なくとも１つの低圧側熱交換器とを配管で接続し、前記高圧側熱交換器内に高温高圧の冷媒を流通させ前記低圧側熱交換器内に低温低圧の冷媒を流通させる冷凍サイクルと、前記高圧側熱交換器の外部に流体を流して前記高圧側熱交換器内の冷媒と該流体とを熱交換させる流体送出部と、前記高圧側熱交換器内の冷媒の凝縮温度もしくは冷却途中の温度を検出する高圧冷媒温度検出部もしくは高圧圧力検出部と、前記高圧側熱交換器の出口側の冷媒の温度を検出する高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部と、前記高圧側熱交換器の外部を流通する前記流体の温度を検出する流体温度検出部と、前記各検出部によって検出された各検出値に基づいて、前記冷凍サイクルを制御する制御部と、前記高圧側熱交換器の液相の伝熱面積を該高圧側熱交換器の伝熱面積で割った該高圧側熱交換器内の冷媒の液相部の量に係る値である凝縮器液相面積比を、前記各検出部によって検出された各検出値に基づいて演算する演算部と、前記演算部で演算により算出された値と所定の閾値との比較を基に、前記冷凍サイクル内の冷媒充填状態を判定する判定部と、を備え、前記凝縮器液相面積比は、前記高圧側熱交換器の冷媒凝縮温度、前記高圧側熱交換器の出口過冷却度、前記高圧側熱交換器の前記流体の吸込温度、前記高圧側熱交換器の出入口エンタルピー差、前記高圧側熱交換器の出口冷媒液の定圧液比熱を基に演算されるものである。

また、前記演算部で演算により算出された値と所定の閾値との比較を基に、前記冷凍サイクル内の冷媒充填状態を判定する判定部を備える。

前記所定の閾値は、前記高圧側熱交換器の凝縮温度と液密度、及び前記低圧側熱交換器の蒸発温度に基づき演算される理論値とすることができる。

前記所定の閾値は、空気調和機の構成に応じた目標閾値であり、前記演算部が空気調和機の構成に応じて前記目標閾値を変更する閾値変更手段を備えているのが好ましい。なお、閾値変更手段は、前記高圧側熱交換器の合計熱交換容量又は合計容積、若しくは前記配管の長に応じて閾値を決定する閾値決定手段である。

前記高圧側熱交換器を複数有する空気調和調装置においては、前記凝縮器液相面積比を、前記複数の高圧側熱交換器におけるそれぞれの値の加重平均として演算することができる。

本発明の冷凍サイクルにおける冷媒充填状態判定方法は、圧縮機と高圧側熱交換器と絞り装置と低圧側熱交換器とを配管で接続し、前記高圧側熱交換器内に高温高圧の冷媒を流通させ前記低圧側熱交換器内に低温低圧の冷媒を流通させる冷凍サイクルにおける冷媒充填状態判定方法であって、高圧側熱交換器の冷媒凝縮温度、高圧側熱交換器の出口過冷却度、高圧側熱交換器の吸込流体温度、高圧側熱交換器の出入口エンタルピー差、高圧側熱交換器の出口冷媒液の定圧液比熱とから前記高圧側熱交換器内の冷媒の液相部の量に係る値である凝縮器液相面積比を算出し、該比を所定の値と比較して、冷凍サイクル内の冷媒充填状態を判定するものである。

また、本発明の空気調和装置の冷媒充填方法は、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、アキュムレータを備えた熱源側ユニットと、絞り装置及び負荷側熱交換器を備えた負荷側ユニットと、前記圧縮機の吐出側及び吸入側の接続を前記熱源側ユニットと前記負荷側ユニットとの間で切り換える切換弁とを有した空気調和装置の冷媒充填方法であって、前記各ユニットを配管接続して冷媒回路を構成した後に、冷暖房運転を選択する選択ステップと、前記圧縮機を起動して、アキュムレータ内の液冷媒を蒸発させる乾燥ステップと、アキュムレータ内の液冷媒が蒸発したのちに、冷媒充填を開始する冷媒充填ステップとを備えたものである。

冷媒充填状態の判定指標となる判定凝縮器液相面積比は、空気調和装置の過熱度、過冷却度など単一な運転状態量ではなく、複数のパラメータに基づくため、外気温度などの環境条件変化に対しても安定した精度をもって冷媒充填状態を判定することができる。
また、凝縮器の合計熱交換容量または合計容積などに応じて液相面積比率を加重平均計算し、判定のための閾値を合計容量に応じて変更することにより、容量が異なる凝縮器が複数存在する暖房運転においても正確な冷媒充填状態の判定ができ、冷媒充填の自動化が可能となる。

さらに、本発明では、アキュムレータなどの液溜めを有する回路構成においても凝縮器と延長配管に冷媒を集める運転を行うことにより、アキュムレータや液溜めの影響を受けずに正確な冷媒充填状態を判定することができる。

また、本発明では、冷媒充填の際に熱交換器を経て冷媒がガスの状態で主回路へ充填されるようにすることで、アキュムレータなどの液溜めに液冷媒が溜まることが無く常にアキュムレータ内をガス冷媒状態とすることにより、アキュムレータ内冷媒量の影響を受けずに正確な冷媒充填状態が判定可能となる。

また、本発明では、凝縮器側に複数の異容量機種が接続された場合でも、凝縮器の液相面積割合を各容量比に応じて加重平均して算出することにより、異容量接続時においても正確な冷媒量検知が可能となるものである。
本発明に係る空気調和装置は、上記の各構成を採用することにより、環境条件、設置条件にかかわらず、精度良く空気調和装置の冷媒充填状態を的確に判断することができ、対象機に応じた適切な冷媒量の充填を行うことができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の構成図。 空気調和装置の冷媒不足時のｐ−ｈ線図。 空気調和装置のSC/dT_cとNTU_Rの関係図。 空気調和装置の冷媒充填量判定動作のフローチャート。 空気調和装置の相面積比率A_L%と追加冷媒量の関係図。 空気調和装置の超臨界点でのSCの算出方法を示す図。 実施の形態２に係る空気調和装置の構成図。 実施の形態３に係る空気調和装置の構成図。 実施の形態４に係る空気調和装置の構成図。 実施の形態５に係る空気調和装置の構成図。 空気調和装置の冷房と暖房の冷凍サイクル内冷媒量分布比較図。 空気調和装置の熱交換器における冷媒量増加とA_L%の関係図。 空気調和装置の冷媒充填工程のフローチャートを表す図。 実施の形態６に係る空気調和装置の構成図。 実施の形態６に係る空気調和装置の冷媒充填・配管洗浄工程のフローチャートを表す図。 図１０の構成にレシーバーを加えた空気調和装置の構成図。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 室外送風機、５ａ, ５ｂ, ５ｃ 絞り装置、６ 接続配管、７ａ, ７ｂ 室内熱交換器、８ 室内送風機、９ 接続配管、１０ アキュムレータ、１１ レシーバー、２０ 冷凍サイクル、２０１ 圧縮機出口温度センサ、２０２ 室外機二相温度センサ、２０３ 室外温度センサ、２０４ 室外熱交換器出口温度センサ、２０５ａ, ２０５ｂ 室内熱交換器入口温度センサ、２０６ａ, ２０６ｂ 室内機吸込み温度センサ、２０７ａ，２０７ｂ 室内機二相温度センサ、２０８ａ, ２０８ｂ 室内機出口温度センサ、２０９ 圧縮機吸入温度センサ、１０１ 測定部、１０２ 演算部、１０３ 制御部、１０４ 記憶部、１０５ 比較部、１０６ 判定部、１０７ 報知部、１０８ 演算判定部、５０１ 圧縮機、５０２ 四方弁、５０３ 熱源側熱交換器、５０４ 液側ボールバルブ、５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄ，５０５ｅ，５０５ｆ 圧力調整弁（絞り装置）、５０６ａ，５０６ｂ 負荷側熱交換器、５０７ ガス側ボールバルブ、５０８ アキュムレータ、５０９ 過冷却熱交換器、５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃ ファン、５１１ 液配管、５１２ ガス配管、５１５ａ，５１５ｂ，５１５ｃ，５１５ｄ，５１５ｅ 電磁弁、５１６ａ，５１６ｂ 圧力センサ、５１７ａ，５１７ｂ，５１７ｃ 逆止弁、５１８ 流量調整弁、５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃ 温度センサ、５２１ 吐出温度センサ、５２２ 吸入温度センサ、５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃ 熱交温度センサ、５２４ａ，５２４ｂ，５２４ｃ 熱交出口温度センサ、５２５ａ，５２５ｂ 熱交入口温度センサ、５２６ 冷媒熱交換器出口温度センサ、５３０ 冷媒ボンベ、５３１ 冷媒熱交換器。

実施の形態１．
図１〜６は本発明の実施の形態１を説明するための図であり、図１は空気調和装置の構成図、図２は冷媒不足時のｐ−ｈ線図、図３はSC/dT_cとNTU_Rの関係図、図４は冷媒充填量判定動作のフローチャート、図５は凝縮器液相面積比率A_L%と追加冷媒量の関係を示す図、図６は超臨界点での過冷却度SCの算出方法を示す図である。

本実施形態の空気調和装置は、圧縮機１と、冷房運転時には図中実線のように、暖房運転時には図中破線のように切り換る切換弁としての四方弁２と、冷房運転時には高圧側熱交換器（凝縮器）として、暖房運転時には低圧側熱交換器（蒸発器）として機能する室外熱交換器３と、この室外熱交換器３に空気などの流体を供給する流体送出部としての室外送風機４と、凝縮器で凝縮された高温、高圧の液体を膨張させて低温、低圧の冷媒とする絞り装置５aとからなる室外機と、冷房運転時には低圧側熱交換器（蒸発器）として、暖房運転時には高圧側熱交換器（凝縮器）として機能する複数の室内熱交換器７ａ、７ｂと、この室内熱交換器７ａ、７ｂに空気などの流体を供給する流体送出部としての室内送風機８ａ、８ｂと、絞り装置５ｂ、５ｃとからなる室内機と、室内機と室外機を接続する接続配管６、９とを備え、室外空気との熱交換によって得られた熱を室内に供給することが可能なヒートポンプ機能を有する冷凍サイクル２０からなる。
上記空気調和装置の凝縮器において冷媒の凝縮熱の吸熱対象となるものは空気であるが、これは水、冷媒、ブライン等でもよく、吸熱対象の供給装置はポンプ等でもよい。また、図１は室内機が２台の場合の構成例であるが３台以上の複数でもよく、それぞれの室内機の容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でもよい。また、室外機についても同様に複数台接続する構成としてもよい。

冷凍サイクル２０には、圧縮機１の吐出側の温度を検出する圧縮機出口温度センサ２０１（高圧側熱交換器入口側冷媒温度検出部）が設置されている。また、室外熱交換器３の冷房運転時における凝縮温度を検知するため室外機二相温度センサ２０２（冷房運転時は高圧冷媒温度検出部、暖房運転時は低圧冷媒温度検出部）が設けられ、室外熱交換器３の冷媒出口温度を検出するため室外熱交換器出口温度センサ２０４（冷房運転時の高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部）が設けられている。これらの温度センサは冷媒配管に接するかあるいは挿入するように設けられ冷媒温度を検出するようになっている。室外の周囲温度は、室外温度センサ２０３（流体温度検出部）によって検出される。

室内熱交換器７ａ、７ｂの冷房運転時における冷媒入口側には、室内熱交換器入口温度センサ２０５ａ、２０６ｂ（暖房運転時の高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部）、室内熱交換器出口側には温度センサ２０８ａ、２０８ｂ、冷房運転時の蒸発温度を検知するための室内機二相温度センサ２０７ａ、２０７ｂ（冷房運転時は低圧冷媒温度検出部、暖房運転時は高圧冷媒温度検出部）が設けられている。圧縮機１の手前には吸入温度センサ２０９（圧縮機吸入側温度検出部）が設けられており、室外機二相温度センサ２０２と室外熱交換器出口温度センサ２０４と同様な方法で配置されている。室内の周囲温度は、室内機吸込み温度センサ２０６ａ、２０６ｂ（流体温度検出部）によって検出される。

各温度センサによって検知された各量は、測定部１０１に入力され、さらに演算部１０２によって処理される。その演算部１０２の結果に基づき圧縮機１、四方弁２、室外送風機４、絞り装置５ａ〜５ｃ、室内送風機８ａ、８ｂを制御し、所望の制御目標範囲に収まるように冷凍サイクルを制御する制御部１０３がある。また、演算部１０２によって得られた結果を記憶する記憶部１０４があり、その記憶したものと現在の冷凍サイクル状態の値を比較する比較部１０５がある。さらに、比較部１０５での比較結果から空気調和装置の冷媒充填量を判定する判定部１０６、その判定結果をＬＥＤ（発光ダイオード）や遠隔地のモニター等に報知する報知部１０７がある。ここでは、演算部１０２、記憶部１０４、比較部１０５、及び判定部１０６をまとめて演算判定部１０８と称することとする。
なお、測定部１０１、制御部１０３及び演算判定部１０８は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータから構成することができる。
また、制御部１０３は、冷凍サイクル中の各機器と有線または無線により一点破線で示すように接続されており、必要に応じて各機器を制御する。

次に、上記空気調和装置の適正冷媒充填量判定において、演算判定部１０８の冷媒充填量判定アルゴリズムについて説明する。
図２は、上記空気調和装置と同一のシステム構成で空気条件と圧縮機周波数、絞り装置の開度、室外送風機、室内送風機の制御量を固定し、封入冷媒量のみを変化させたときの冷凍サイクル変化をｐ−ｈ線図上に示したものである。冷媒は高圧で液相の状態であるほど密度が高いので、封入された冷媒は凝縮器部分に最も多く存在する。冷媒量減少時は凝縮器の液冷媒が占めている体積が減少するため、凝縮器の液相の過冷却度SCと冷媒量の相関が大きいことは明らかである。

熱交換器の熱収支の関係式（非特許文献１）より、凝縮器の液相領域について解くと式（１）の無次元化された式が導かれる。
SC/dT_c=1-EXP(-NTU_R) ・・・（１）
式（１）の関係を図示すると図３のように表される。
ここで、SCは凝縮温度(室外機二相温度センサ２０２の検出値)から凝縮器出口温度（室外熱交換器出口温度センサ２０４の検出値）を減じて求められる値である。dT_cは凝縮温度から室外温度（室外温度センサ２０３の検出値）を減じて求められる値である。

式（１）の左辺は液相部分の温度効率を表すので、これを式（２）で示す液相温度効率ε_Lとして定義する。
ε_L=SC/dT_c ・・・（２）

式（１）の右辺のNTU_Rは冷媒側の移動単位数であり式（３）で表される。
NTU_R=(K_c×A_L)/(G_r×C_pr) ・・・(３)
ここで、K_cは熱交換器の熱通過率[J/s・m²・K]であり、A_Lは液相の伝熱面積[m²]であり、G_rは冷媒の質量流量[kg/s]であり、C_prは冷媒の定圧比熱[J/kg・K]である。

式（３）では熱通過率K_c、液相の伝熱面積A_Lが含まれるが、熱通過率K_cは、外風の影響や熱交換器のフィン形状などにより変化するため不確定要素であり、液相伝熱面積A_Lも熱交換器の仕様や冷凍サイクルの状態によって異なる値である。

次に、凝縮器全体の空気側と冷媒側の近似的な熱収支式は式（４）で表される。
Kc×A×dT_c=G_r×ΔH_CON ・・・(４)
ここで、Aは凝縮器の伝熱面積[m²]を表し、ΔH_CONは凝縮器入口出口のエンタルピー差である。凝縮器入口のエンタルピーは圧縮機出口温度と凝縮温度から求まる。

式（３）、式（４）よりK_cを消去して整理すると式（５）のようになり、NTU_Rを外風やフィン形状などによる因子を含まない形で表すことが可能となる。
NTU_R=(ΔH_CON×A_L)/(dTc×C_pr×A)・・・(５)

ここで、液相の伝熱面積A_Lを凝縮器の伝熱面積Aで割ったものを式（６）で定義する。
A_L/A=A_L% ・・・（６）

式（1）、（５）、（６）より、式（５）をA_L%について解くと式（７）で表せる。

このA_L%は凝縮器の液相部分である液相面積比率を表すパラメータであり、冷媒を凝縮器に貯留させた場合の冷媒充填量判定指標となる。

式（７）は凝縮器が１台の場合の式であるが、凝縮器が複数ある場合にはそれぞれの凝縮器のSC、dTc、C_pr、ΔH_CONを算出して各室内機の加重平均をとることにより、凝縮器が複数ある場合のA_L%は式（８）で表される。

ここで、Q_j(k)は各凝縮器の熱交換容量を表し（たとえば28kWなどの空調能力）、kは凝縮器の番号であり、ｎは凝縮器の合計数である。冷房の場合は室外機が凝縮器となり、暖房の場合は室内機が凝縮器となる。図１の構成例では室内機が複数であり暖房時に式（８）を適用することになる。なお、室外機が複数接続される回路構成の場合には冷房運転で凝縮器が複数存在することになるため、この場合にも式（８）でA_L%を計算する。

次に、この冷媒充填量判定アルゴリズムを空気調和装置に適用した例を、図４のフローチャートに基づいて説明する。図４は演算判定部１０８による冷媒充填量判定のステップを示すフローチャートである。

まずＳＴ１で、空気調和装置の冷媒充填運転制御を実施する。冷媒充填運転制御は機器設置後や、メンテナンスのために冷媒を一度排出し、再度充填する際などに行うものであり、その制御は有線または無線での外部からの操作信号によって運転を行ってもよい。冷媒充填運転制御では、圧縮機１の周波数と室外送風機４と室内送風機８a、８ｂの回転数が一定となるように運転を行う。冷房時は、絞り装置５ｂ、５ｃの開度を、冷凍サイクルの低圧をそれぞれの蒸発器出口で過熱度（室内機７ａ側であれば、２０８ａと２０７ａの差）がつくように、あらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御する。暖房時は、絞り装置５ａの開度を、冷凍サイクルの低圧を圧縮機吸入側過熱度がつくように、あらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御する。

また、外気温度などの環境条件に応じて圧縮機周波数固定運転が困難な場合には、冷房運転時は、室外送風機４の回転数によって、冷凍サイクルの高圧があらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御し、圧縮機１の回転数によって、冷凍サイクルの低圧を圧縮機吸入側もしくは蒸発器出口で過熱度がつくようにあらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御し、暖房運転時は、圧縮機１の回転数によって、冷凍サイクルの高圧があらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御し、室外送風機４の回転数によって、冷凍サイクルの低圧を圧縮機吸入側もしくは蒸発器出口で過熱度がつくようにあらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御してもよい。

次にＳＴ２では、冷凍サイクルの所定位置での圧力、温度などの運転データを測定部１０１に取り込んで測定し、過熱度（ＳＨ）、過冷却度（ＳＣ）などの値を演算部１０２にて計算する。そしてＳＴ３では、制御目標の蒸発器出口側過熱度（ＳＨ）もしくは圧縮機吸入側過熱度（ＳＨ）が、目標範囲内か否かを判定する。目標とする過熱度ＳＨは、たとえば10±5℃などである。

ここで、過熱度を目標範囲内で制御する目的は、蒸発器側の出口運転状態を一定とすることにより、蒸発器側に密度の大きい液冷媒が多く溜まらないようにして、冷媒充填運転制御中は蒸発器側の冷媒量を一定に保つためである。これ以外の冷媒は主に液側の延長配管である接続配管６と凝縮器に溜まるため、凝縮器の液相面積比率により冷媒充填量の検知が可能となる。

ＳＴ３にて、過熱度（ＳＨ）が目標範囲内であれば、次にＳＴ４でA_L%を演算する。冷媒が極端に不足し、過冷却度（ＳＣ）がつかない状態では式（８）の演算ができないが、その場合にはA_L%=0とする。そしてＳＴ５で、A_L%を冷媒量適正値として予め定めた所定値（又は目標値）と比較して、それが所定値以上であるか否かの判定を行う。その判定が所定値以上であれば、ＳＴ６で冷媒量適正の表示を報知部１０７にて出力表示する。A_L%の冷媒量適正値としては例えば１０％などであるが、対象となる機種や容量に応じて変化させてもよい。また冷房と暖房で変化させてもよい。

報知部１０７はＬＥＤに表示させるほかに、液晶などの表示画面、アラーム、接点信号、電圧信号、電磁弁開閉などの空気調和装置本体に付属させた機器あるいは外部端末への出力に加えて、携帯電話、有線電話回線、LAN回線などの遠隔通信手段への信号出力としてもよい。

ＳＴ５の判定においてA_L%が目標値以下の場合には、ＳＴ７にて、追加冷媒量Mrp[kg]の表示を報知部１０７に出力する。ここで追加冷媒量Mrpは、予めA_L%とMrpの変化割合を、例えば図５に示すように、記憶部１０４に記憶させておくことにより、A_L%が目標値と現在のA_L%との差分から追加冷媒量を求めることができる。なお、A_L%とMrpの関係は熱交換器容量によって異なり、Mrpを横軸にA_L%を縦軸にとった場合には容積が大きいほど傾きが小さくなる傾向となる。このため対象機種の容積を予め記憶部１０４に記憶しておくことにより、適切な追加冷媒量の予測が可能となる。また、熱交換器容積とその室内機もしくは室外機の空調容量はほぼ比例の関係にあるため、空調容量から熱交換器容積を概算する方法でもよい。
そして、ＳＴ７によって指示された追加冷媒量を冷凍サイクルに追加した後は、再び図４のフローチャートに従い処理を行って、適正冷媒量の適正量を判定する。この追加充填と判定の処理は、判定結果が適正冷媒量になるまで繰り返される。

また、冷媒充填流量はボンベの内圧により変化する。外気温度の冷媒飽和圧力換算からボンベの内圧がわかるため、これから冷媒充填流量[kg/min]を予測し、追加冷媒量Mrp[kg]を冷媒充填流量で除すことにより充填に必要な残り時間が予測できる。ＳＴ７にて報知部１０７にこの残り充填時間を表示することにより、作業者は残りの作業時間を予測することが可能となり、作業の高効率化を図ることが可能となる。また、充填が完了した場合には充填完了の表示を報知部１０７に表示することにより、作業者はしばらく現場を離れ戻ってきた場合でも作業が無事完了したか否かを知ることができる。

また、空気調和装置を初期設置した後、冷媒漏れが発生した場合にも、図４にて説明した冷媒充填運転制御を再度実施することにより不足している冷媒量、すなわち追加冷媒量Mrpがわかる。そして、追加冷媒量Mrpを報知部１０７により空気調和装置本体へ表示、あるいは遠隔通信手段へ出力することにより、充填に必要な冷媒量がわかるため、サービスマンがメンテナンスに向かう際に必要とする冷媒量が予め把握でき、過剰な量の冷媒ボンベを持ち込むなど工事の無駄をなくし、省力化が可能となる。

なお、本冷媒量検知アルゴリズムに使用する飽和温度は、室外機二相温度センサ２０２や室内機二相温度センサ２０７a、２０７bを用いてもよいし、圧縮機１から絞り装置５ａに至る流路のいずれかの位置の冷媒の圧力を検出する高圧検出部圧力センサ、あるいは低圧側熱交換器から圧縮機１に至る流路のいずれかの位置の冷媒の圧力を検出する低圧検出部圧力センサの圧力情報から飽和温度を演算してもよい。

本実施形態の空気調和装置は、以上の構成により、如何なる設置条件、環境条件においても精度良く、冷媒充填量の判定を行うことが可能となり、対象機器に応じた適切な冷媒量を充填することが可能となる。
なお、本発明の空気調和装置は、図１の構成から、比較部１０５、判定部１０６を省いて、演算部１０２で演算された凝縮器液相面積比を、直接、報知部１０７に表示する構成としても良い。この場合には、表示された凝縮器液相面積比を基にオペレータが冷媒の適量を判断し、必要に応じて冷媒の追加などにより対応することもできるからである。

以上述べたものは、冷媒が凝縮過程において二相状態となるものについてであるが、冷凍サイクル内の冷媒がCO₂などの高圧冷媒で超臨界点以上の圧力で状態変化する場合は飽和温度が存在しない。しかしながら、図６に示すように、臨界点でのエンタルピーと圧力センサの測定値の交点を飽和温度とみなし、室外熱交換器出口温度センサ２０４から過冷却度（ＳＣ）として算出すれば、冷媒が凝縮過程において二相状態となるものと同様の考え方で、冷媒漏れ時はＳＣが小さくなるため、凝縮圧力が臨界圧力を超える冷媒であっても冷媒充填量の判定が可能となる。

次に、目標冷媒量の運転状態におけるA_L%について、それを質量保存則から理論的に求めた値と、実測による測定値を基に求めた値とを比較し、現在の冷媒量が適正か否かを判定する手法について説明する。

凝縮器の液相面積比率A_L%は、凝縮器の冷媒容積比率の関係から次の式（９）でも表せる。
A_L%=V_{L_CON}/V_CON
=M_{L_CON}/(V_CON・ρ_{L_CON})・・・（９）
ここで、記号Vは容積[m³]、Mは冷媒の質量[kg]、ρは密度[kg/m³]を表す。添え字Lは液相、CONは凝縮器を表す。

式（９）に冷凍サイクルの質量保存則を適用しM_{L_CON}を変形すると、式（１０）で表せる。
A_L%=(M_CYC-M_{S_CON}-M_{G_CON}-M_{S_PIPE}-M_{G_PIPE}-M_EVA)/(V_CON・ρ_{L_CON})・・・（１０）
ここで、添え字CYCは冷凍サイクル全体、Gは気相、Sは二相、PIPEは接続配管、EVAは蒸発器を表す。更に式（１０）を変形すると式（１１）で表される。
A_L%=((M_CYC-M_{G_CON}-M_{G_PIPE}-M_EVA)-V_{S_CON}・ρ_{S_CON}-V_{S_PIPE}・ρ_{S_EVAin}-V_{S_EVA}・ρ_{S_EVA})/(V_CON・ρ_{L_CON})・・・（１１）
ここで、添え字EVAinは蒸発器入口を示す。

式（１１）で表される二相域の平均密度ρ_{S_CON}、ρ_{S_EVA}を求めるために様々な相関式が提案されているがCISEの相関式（非特許文献２）によれば飽和温度が一定であれば質量流量G_rにほぼ比例し、質量流量G_rが一定であれば飽和温度にほぼ比例するので式（１２）で近似できる。
ρ_S=A・T_s+B・G_r+C・・・（１２）
ここで、記号A、B、Cは定数。T_sは飽和温度である。

また、式（１１）で表される二相域の局所部分の密度ρ_{S_EVAin}は同様に式（１３）で近似できる。
ρ_{S_EVAin}= A’・ T_e+B’・ G_r+C’・ X_EVAin+D’・・・（１３）
ここで、記号A’、B’、C’、D’は定数、Teは蒸発温度、X_EVAinは蒸発器の入口乾き度である。

式（１２）、式（１３）を式（１１）に代入し整理すると式（１４）で表される。
A_L%=(a0・T_C +b0・G_r+ c0・X_EVAin+d0・T_e+e0)/ρ_{L_CON}・・・（１４）
ここで、記号a0、b0、c0、d0、e0は定数である。

これらの未知数a0、b0、c0、d0、e0の５定数を決定するためには、運転パターンを５条件変化させたときの運転状態を知る必要があるが、圧縮機周波数を固定すればG_rはほぼ定数として扱え、また過熱度制御を行っていればT_CとT_eは比例と仮定できる。このため、式（９）の質量保存式を適用して理論的に算出したA_L%の理論値A_L%^*は、式（１４）を変形して最終的に式（１５）のように変形できる。なお、A_L%の理論値はA_L%測定値と区別するために以降A_L%^*と表す。
A_L%^*= (a・T_C ²+b・X_EVAin+c・T_e+d)/ρ_{L_CON}・・・（１５）
式（１５）は未知数がa、b、c、dの４つであるため、予め試験により４つの定数の値を決定、またはサイクルシミュレーションを行って求めておき、記憶部１０４に記録しておいてもよい。

式（１５）は、凝縮器の液相部のみに係わる式であり、延長配管冷媒量の影響を排除しているため延長配管長さによらず有効な式である。式（１５）の未知数a、b、c、dは、代表的な室内機と室外機の接続容量比、例えば室外機容量に対して室内機容量が１００％の場合などの条件にて、試験もしくはシミュレーションにより決定することができる。また、未知数dは運転状態によらない定数であり、接続容量に係わる定数である。このため、接続容量比が変化する場合にはｄの値を変更することにより（室内機の容量に対して比例などの相関関係から）、対象システムの接続状態に応じたA_L%^*を求めることができる。

ここで理論値A_L%^*は、目標とする冷凍サイクル冷媒量において、a、b、c、dの各定数を決定しているためA_L%の目標値であり、冷媒量が目標充填量にて運転されていればA_L%＝A_L%^*の関係が成り立つ。また冷媒量が不足する場合にはA_L%がA_L%^*よりも小さくなり、冷媒量が過多の場合には逆にA_L%がA_L%^*よりも大きくなる。このため、A_L%とA_L%^*の比較を行うことにより、冷媒充填量が適切か否かの判定が可能となる。

理論値A_L%^*を用いた冷媒量判定アルゴリズムも、図４のフローチャートに沿って行うことができる。この場合には理論値A_L%^*が目標値（先に説明した所定値に相当）となる。記憶部１０４にはa、b、c、dの４つの定数を予め記憶しておき、図４のＳＴ４では、A_L%に加えてA_L%^*の演算も行う。そして、ＳＴ５ではA_L%とA_L%^*の比較を行い、A_L%がA_L%^*の目標値よりも大きければ冷媒量適正、小さければ追加冷媒量MrpをA_L%とA_L%^*の偏差から求め出力する。Mrpは図５にて説明のとおりA_L%に対して比例の関係にあり、A_L%に対するMrpの変化量は凝縮器熱交換器容量によって傾きが変化する。したがって、A_L%とA_L%^*の偏差と図５の関係から追加冷媒量充填量がわかる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。実施の形態１と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図７は本発明の実施の形態２を示す空気調和装置の構成図である。この空気調和装置は、図１の構成の圧縮機吸入部分にアキュムレータ１０を付加し、冷房と暖房の必要冷媒量の差である余剰冷媒量をアキュムレータ１０に溜めるようにしたもので、現地での冷媒追加が不要なタイプの空気調和装置である。

アキュムレータ１０がある場合は、アキュムレータ１０に液冷媒を溜めない運転をする必要があるので、冷房運転時は室内熱交換器７ａ、７ｂで十分な蒸発器出口過熱度がつくように絞り装置５ｂ、５ｃを絞り、室内熱交換器入口温度センサ２０５あるいは室内機二相温度センサ２０７で検出される蒸発温度を低くした運転を行う（特殊運転モード）。また、暖房運転時は絞り装置５ａを絞り、圧縮機吸入過熱度がつくように運転する（特殊運転モード）。
空気調和機は、内部にタイマー（図示なし）を備え、タイマーにより一定時間毎に特殊運転モードに入る機能を有するのが好ましい。
また、空気調和機は、有線または無線での外部からの操作信号でも特殊運転モードに入る機能を有するのが好ましい。

以上のような構成とすることで、アキュムレータ１０がある空気調和装置でも液面を検知する従来の検出装置を用いることなく、実施の形態１で説明したのと同様にして、如何なる設置条件、環境条件においても精度良く、適正冷媒量の検知をすることができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。実施の形態１と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図８は、図７の構成に低圧レシーバー３０１とこれに付随する電磁弁３１０ａ、また、高圧レシーバー３０２とこれに付随する電磁弁３１０ｂ，ｃと逆止弁３１１ａを追加した図である。暖房冷媒充填において、室外熱交換器３、室内熱交換器７ａ、７ｂの空調容量（もしくは容積）にアンバランスがある構成で、室内熱交換器の空調容量が室外熱交換器に比べて大幅に小さい場合（例えば室内空調容量は室外空調容量の50%）には、冷房時（容積の大きな室外熱交換器が凝縮器の場合）に必要な冷媒量が、空調容量の小さな室内機に溜めきれない可能性がある（冷媒充填中はアキュムレータ１０に液冷媒を溜めないため、アキュムレータ以外の手段で充填時の冷暖冷媒量差を吸収する必要がある場合がある。）。この場合には、低圧レシーバー３０１、あるいは高圧レシーバー３０２を回路内に設けて、冷暖冷媒量差分を吸収することができる。なお、低圧レシーバーと高圧レシーバーは何れか片方のみをとりつける構成でもよい。

以下、冷暖冷媒量差分を吸収する方法について説明する。
低圧レシーバー３０１の場合には、予め該レシーバー３０１内に予測される冷暖冷媒量差分の冷媒を貯留した状態で製品を出荷する。現地で機器設置後、内外機通信により制御部１０３にて把握される室内機の接続空調容量情報に基づき、室内熱交換器が室外熱交換器に対し所定の空調容量以下で、かつ、暖房冷媒充填運転が完了した場合には、予め貯留された冷媒をサイクル内に開放する。これにより、暖房充填時の不足冷媒量がサイクル内に補充されるため、冷暖冷媒量差が解消される。なお、通常暖房運転時に発生する余剰冷媒はアキュムレータ１０に貯留されるため通常運転では冷媒が過剰となる不都合はない。

続いて、高圧レシーバー３０２を利用して冷暖冷媒量差分を吸収する方法について説明する。
暖房充填時に、内外機通信により制御部１０３にて把握される室内機の接続空調容量情報に基づき、室内熱交換器が室外熱交換器に対し所定の空調容量以下の場合には電磁弁３１０ａを開き液冷媒を高圧レシーバー３０２に満液貯留する。暖房充填時には高圧レシーバー３０２が設置される箇所の冷媒状態は液であるため、電磁弁３１０ｂを開き、３１０ｃを閉じることにより、回路内の液冷媒が高圧レシーバー３０２内に流入し、高圧レシーバー３０２内は液で満たされる。また、室内空調容量が所定値より大きく冷暖冷媒量差が少ない場合には、余剰冷媒を溜める必要がないため、電磁弁３１０ｂを閉じ、３１０ｃを開き、高圧レシーバー３０２に液冷媒を溜めない運転が可能となる。なお、通常冷房時には電磁弁３１０ｂを閉じ、３１０ｃを開くことにより高圧レシーバーに液が溜まらないため、冷凍サイクル内の冷媒量が高圧レシーバーに溜まり込み、不足する不都合は発生しない。
以上のように、低圧レシーバー３０１または高圧レシーバー３０２を設けることにより冷媒充填時における冷暖冷媒量差を吸収することが可能となる。

また、低圧レシーバー３０１や高圧レシーバー３０２を用いず、暖房充填終了後に通常暖房運転を行い必要冷媒を手動補充する方法で、充填時の冷暖冷媒量差を吸収する手法を用いても良い。通常暖房運転時にはアキュムレータ１０内に液冷媒を貯留する通常の暖房運転が可能となるため、暖房運転でさらに不足冷媒量を追加することが可能となる。この場合には、室外機と室内機の合計空調容量の組合せから最適冷媒量を求め、システムに必要な最適冷媒量を手動追加することにより冷暖運転両方に最適な冷媒量を充填することが可能となる。また最適冷媒量は、室内外容量組合せに応じた対応表を予め記憶部１０４に記憶しておき、制御部１０３にて得られる室内外機接続情報から室内外容量組合せに応じた最適冷媒量を暖房充填終了後に報知部１０７に表示し、作業者に表示量追加充填させることで、作業者が正確な冷媒充填を行うことが可能となる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図を参照して説明する。ここでも実施の形態１と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図９は本発明の実施の形態４を示す空気調和装置の構成図である。この空気調和装置は、図１の構成の絞り装置５ａ（上流側絞り装置）と絞り装置５ｂ、５ｃ（下流側絞り装置）との間に、冷房と暖房の必要冷媒量の差である余剰冷媒量を溜めるレシーバー１１を付加したもので、現地での冷媒追加が不要なタイプの空気調和装置である。

冷凍サイクル内に液冷媒が貯留する部分があるため、冷房運転では絞り装置５ａの開度を絞り、絞り装置５ｂ、５ｃの開度を開け気味に制御する運転を行い、レシーバー１１内の余剰冷媒を室外熱交換器３に貯留する運転（特殊運転モード）を実施させる。また、暖房運転では絞り装置５ｂ、５ｃの開度を絞り、５ａの開度を開け気味に制御する運転を行うことによりレシーバー１１内の余剰冷媒を室内熱交換器７ａ、７ｂに貯留する運転（特殊運転モード）を実施させる。
このように制御させることで、レシーバー１１がある機種であっても液面を検知する固有の検出装置を用いることなく、実施の形態１で説明したのと同様にして、設置条件、環境条件にかかわらず精度良く、適性冷媒量の検知をすることができる。
なお、空気調和機は、内部にタイマー（図示なし）を備え、タイマーにより一定時間毎に特殊運転モードに入る機能を有するのが好ましい。
また、空気調和機は、有線または無線での外部からの操作信号により特殊運転モードに入る機能を有するのが好ましい。

また、本実施の形態において室内熱交換器の空調容量が室外熱交換器に比べて大幅に小さい場合には、実施の形態３にて説明の低圧レシーバーもしくは高圧レシーバーを設置することにより、実施の形態３にて説明の内容と同様に、暖房充填時の冷媒量不足を解消することが可能となる。また、実施の形態３に記載の暖房充填終了後に必要冷媒を手動補充する方法についても同様に適用可能である。

実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態１の空気調和装置の構成図（冷凍サイクル構成図）である。図１０において、５０１は圧縮機、５０２は四方弁、５０３は熱源側熱交換器、５０８はアキュムレータ、５０９は過冷却熱交換器、５０５ｄは圧力調整弁（絞り装置）であり、これらを接続して熱源側ユニットの主冷媒回路を構成する。また、負荷側ユニットは５０５ａ、５０５ｂの圧力調整弁からなる絞り装置、５０６ａ、５０６ｂの負荷側熱交換器によって構成されており、熱源側ユニットと負荷側ユニットは、液冷媒配管５１１とガス冷媒配管５１２、液側ボールバルブ５０４とガス側ボールバルブ５０７にて接続されている。また、熱源側熱交換器５０３には空気を送風するファン（流体送出部）５１０ｃが設けられており、負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂにも同様に空気を送風するファン（流体送出部）５１０ａ、５１０ｂが設けられている。なお、前記液側ボールバルブ５０４とガス側ボールバルブ５０７は、ボールバルブに限るものではなく、開閉弁や操作弁などの開閉動作が可能であればよい。
四方弁５０２は、圧縮機５０１の吐出側及び吸入側を熱源側ユニットと負荷側ユニットとの間で切り換えるものであり、同様の作用をする他の装置であってもよい。

過冷却熱交換器５０９の一次側流路は、熱源側熱交換器５０３と液側ボールバルブ５０４とを接続する主冷媒配管の間に設けられており、二次側流路はアキュムレータ５０８の吸入側と、過冷却熱交換器５０９と液側ボールバルブ５０４の間を接続する副冷媒配管に設けられている。また、アキュムレータ５０８と過冷却熱交換器５０９の二次側とを接続する副冷媒配管の間には電磁弁５１５ｃが、過冷却熱交換器５０９の二次側と主冷媒配管とを接続する副冷媒配管には圧力調整弁５０５ｃが設けられている。なお、図１０では圧力調整弁５０５ｄは熱源側熱交換器５０３と過冷却熱交換器５０９の間に設けられているがこの位置に限るものではなく、熱源側熱交換器５０３と液側ボールバルブ５０４の間であればよい。

熱源側ユニットには、冷媒貯留器としての冷媒ボンベ５３０が電磁弁５１５ａを介して２分岐接続されており、２分岐配管の片方は圧力調整弁５０５ｃと過冷却熱交換器５０９の二次側との間に、他方は熱源側熱交換器５０３と過冷却熱交換器５０９の一次側との間に接続されている。なおここで、冷媒ボンベ５３０は設置現場で調達可能な冷媒ボンベを現地で接続してもよいし、熱源側ユニットの内部に内蔵する構成としてもよい。熱源側ユニットの内部に冷媒ボンベなどを内蔵する構成とする場合には、製品の出荷前に予め冷媒ボンベとして機能する容器に冷媒を充填し、電磁弁５１５ａを閉じて冷媒を容器内に封止した状態で出荷する。また、５１５ａの電磁弁は電磁弁に限るものではなく、流量調整弁などの開閉弁や、作業者が当該空気調和装置からの何らかの外部出力を目視して手動開閉可能な弁としてもよい。

また、上記の空気調和装置の凝縮器において冷媒の凝縮熱の吸熱対象となるものは空気であるが、これは水、冷媒、ブラインなどでもよく、吸熱対象の供給装置はポンプなどでもよい。また、図１０は負荷側ユニットが２台の場合の構成例であるが３台以上の複数でもよく、それぞれの負荷側ユニットの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でもよい。また、熱源側ユニットについても同様に複数台接続する構成としてもよい。

続いて、センサ類と計測制御部について説明する。圧縮機５０１の吐出側には温度を検出する吐出温度センサ５２１（高圧側熱交換器入口側冷媒温度検出部）が設置されている。また、熱源側熱交換器５０３の冷房運転時における凝縮温度を検知するため熱源側熱交換器の熱交温度センサ５２３ｃ（冷房運転時は高圧冷媒温度検出部、暖房運転時は低圧冷媒温度検出部）が設けられ、熱源側熱交換器５０３の冷媒出口温度を検出するため熱交出口温度センサ５２４ｃ（冷房運転時の高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部）が設けられている。これらの温度センサは冷媒配管に接するかあるいは挿入するように設けられ冷媒温度を検出するようになっている。熱源側熱交換器５０３が設置される室外の周囲温度は、吸込空気温度センサ５２０ｃ（流体温度検出部）によって検出される。

負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂの冷房運転時における冷媒入口側には、熱交入口温度センサ５２５ａ、５２５ｂ（暖房運転時の高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部）、出口側には熱交出口温度センサ５２４ａ、５２４ｂ、冷房運転時の冷媒二相部の蒸発温度を検知するための熱交温度センサ５２３ａ、５２３ｂ（冷房運転時は低圧冷媒温度検出部、暖房運転時は高圧冷媒温度検出部）が設けられている。圧縮機５０１の入口側には吸入温度センサ５２２が設けられている。負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂが設置されている室内周囲空気温度は、負荷側熱交換器の吸込空気温度センサ５２０ａ、５２０ｂ（流体温度検出部）によって検出される。

５１６ａは圧縮機５０１の吐出側に、５１６ｂは圧縮機５０１の吸入側にそれぞれ設けられた圧力センサ（圧力検出部）である。５１６ｂと５２２の位置に圧力センサと温度センサを設けることにより、アキュムレータ入口の冷媒過熱度の検出が可能となる。ここで、温度センサの位置をアキュムレータ入口側としたのは、アキュムレータ入口の冷媒過熱度を制御し、液冷媒がアキュムレータに戻らない運転を実現するためである（詳細は後述）。なお、圧力センサ５１６ｂの位置については図示位置に限られたものではなく、四方弁５０２から圧縮機５０１の吸入側に至るまでの区間であれば、何処の場所に設けられていてもよい。また圧力センサ５１６ａの圧力を飽和温度に換算することにより、冷凍サイクルの凝縮温度を求めることも可能である。

温度センサによって検知された各量は、測定部１０１に入力され、演算部１０２によって処理される。その演算部１０２の結果に基づき圧縮機５０１、四方弁５０２、ファン５１０ａ,５１０ｂ,５１０ｃ、圧力調整弁５０５ａ,５０５ｂ,５０５ｃ,５０５ｄ、及び電磁弁５１５ａ,５１５ｂ,５１５ｃを制御し、所望の制御目標範囲に収まるように制御する制御部１０３がある。また、演算部１０２によって得られた結果や予め定められた定数などを記憶する記憶部１０４があり、その記憶したものと現在の冷凍サイクル状態の値を比較する比較部１０５があり、その比較した結果から空気調和装置の冷媒充填状態を判定する判定部１０６、その判定結果をＬＥＤ（発光ダイオード）や遠隔地のモニターなどに報知する報知部１０７がある。ここでは、演算部１０２、記憶部１０４、比較部１０５及び判定部１０６をまとめて演算判定部１０８と称するものとする。
なお、測定部１０１、制御部１０３及び演算判定部１０８は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータから構成することができる。
また、制御部１０３は、冷凍サイクル中の各機器と有線または無線により一点破線で示すように接続されており、必要に応じて各機器を制御する。

次に、上記空気調和装置の適正冷媒充填量判定において、演算判定部１０８による冷媒充填量判定アルゴリズムについて説明する。
冷媒を凝縮器に貯留させた場合の冷媒充填量判定指標となる液相面積比率を表すパラメータA_L%は、前述の式（７）又は式（８）で表せる。

次に、A_L%により適正冷媒充填量を判定する際に、比較対象となる閾値の設定方法について説明する。一般的に負荷側に多数のユニット接続が可能な空気調和装置では、負荷側接続可能合計の熱交換器内容積よりも、熱源側ユニットの内容積の方が大きい。また凝縮器と蒸発器を比較すると、前述した図２のように、蒸発器は密度の小さいガスもしくは二相冷媒が溜まるため存在冷媒量が少ないが、凝縮器では二相冷媒と密度の大きい液冷媒が溜まるため存在冷媒量が大きくなる（液冷媒密度はガス冷媒密度よりも10〜30倍程度大きい）。このため、空気調和装置システムとしての必要冷媒量は、容積が大きい熱源側熱交換器５０３が凝縮器となる冷房運転の方が暖房運転よりも大きくなる。
したがって、空気調和装置の冷媒量は冷房運転を基準として設定し、暖房運転時に余る冷媒はアキュムレータなどの液溜めに溜めた状態で運転を行うのが一般的である。

図１１に冷房と暖房運転時の空気調和装置システムにおける冷媒量（質量）の分布を示す。図１１では、ガス配管については冷暖の冷媒量差を暖房側に示すのみとしている。
図１１に示すように冷房と暖房の冷媒量を比較すると、（１）の液配管については冷暖で差異がなく、（５）のガス配管については冷房ではガス配管が低圧側、暖房では高圧側になるためガス密度が暖房のときに５倍程度大となり暖房の際にガス配管の冷媒量が多くなる。（２）の熱源側熱交換器は冷房では凝縮器であり過冷却運転を行うために液冷媒が存在して冷媒量が多いが、暖房では蒸発器となるため冷媒量が減少する。負荷側熱交換器は冷房では蒸発器で冷媒量が少ないが、暖房では凝縮器となり過冷却液冷媒が存在するため冷媒量が増加する。なお、暖房時の負荷側熱交換器は（３）の液相部以外（ガスもしくは二相）と（４）の液相部に分けて示している。

本発明では冷媒充填量判定時にアキュムレータなどの液溜めを空にして、サイクル内の全液冷媒を凝縮器と液配管に集める運転を行う（詳細後述）。このため暖房時に余剰となる冷媒は凝縮器である負荷側熱交換器に溜められ、図１１の（４）負荷側熱交換器液相部の冷媒量となって表れる。したがって、その負荷側熱交換器液相部の冷媒量を予測し、これに対応するA_L%を閾値に設定することにより暖房運転においても正確な冷媒量判定が可能となる。

次に、暖房運転のA_L%閾値設定方法について説明する。冷房運転の冷媒量は熱源側ユニット、負荷側ユニットともに機種・容量ごとに試験やシミュレーションなどから推奨冷媒量が定められているため、次式で表すことができる。これらの冷媒量はサービスマニュアルなどから引用することができる。
冷房冷媒量： Mcool= 熱源側ユニット基準冷媒量＋負荷側ユニット基準冷媒量
・・・（１６）
なお、熱源側ユニット、負荷側ユニットの基準冷媒量はユニットの空調容量によって異なり、それぞれの容量に対応した値を用いる。

また、液相が存在しない二相もしくはガス冷媒のみの状態の熱交換器冷媒量は熱交換器の容量にほぼ比例し、次式で表せる。
ガスと二相のみの熱交換器冷媒量＝熱交換器容量×係数 ・・・（１７）
ここで、係数とは熱交換器容量と冷媒量の換算係数であり、試験やシミュレーションにより決定する。したがって、暖房運転における延長配管分を除き、凝縮器に液冷媒が溜まらない状態における熱源側ユニットと負荷側ユニットの冷媒量は次式にて表される。
暖房冷媒量： Mhot=β×ΣQjo ＋ α×ΣQji ・・・（１８）
（暖房SC=0のときの冷媒量）
ここで、ΣQj：接続ユニット合計容量 （添字 o：熱源側、i：負荷側）
α：負荷側冷媒量換算係数、β：熱源側冷媒量換算係数
（α、βは熱交換器内の冷媒が二相もしくはガスのときの係数（液が無い場合））

以上より、暖房時に凝縮器である負荷側ユニットの図１１に示した（４）負荷側熱交換器液相部の冷媒量ΔMhotは次式にて表される。
ΔMhot ＝ Mcool−（Mhot＋ΔMpgas） [kg] ・・・(１９)
ここで、ΔMpgasは図１１に示した（５）ガス配管冷媒量差である。
ΔMpgasは代表的な冷媒配管長、例えば７０ｍ配管にて決定する。なお、ΔMpgasはガス冷媒量であるため全体に占める割合は数パーセント程度と少なく、実機において延長配管長が想定から異なった場合でも冷媒量充填誤差には大きく影響しない。

続いて、熱交換器に液冷媒が溜まった場合のA_L%の変化について図１２を用いて説明する。図１２は横軸に熱交換器冷媒量（≒ユニット冷媒量）、縦軸にA_L%をとったグラフである。図１２中のＢは熱交換器内が二相もしくはガス冷媒のみである場合（過冷却度SC＝0）の冷媒量であり、密度が小さいため温度条件で若干変化するものの大きな変化はなく、熱交換器の容量に比例してほぼ固定値として扱える。傾きΔAは、熱交換器内に液冷媒が溜まった場合のA_L%の冷媒量増加に対する変化割合を示している。熱交換器に冷媒を追加して液相部が形成されると液相部面積比率であるA_L%が増加し始め、その傾きは容積（容量）が大きいほど小さく、容積が小さいほど大きくなる。すなわち、容積が小さい熱交換器では冷媒追加により液相部面積が急速に大きくなるためA_L%も急激に立ち上がるということを示している。

以上説明のように、熱交換器内の冷媒量と熱交換器容量に応じた傾きΔAがわかれば、目標とするA_L%を求めることができる。ΔAは熱交換器容量に比例するため、ΔAと熱交換器容量の関係を予め試験やシミュレーションなどで求めておけば熱交換器容量からΔAを決定することができる。以上から冷媒充填の際に目標とするA_L%閾値は次式にて表される。
A_L%閾値 ＝ ΔMhot ÷ (ΔA×ΣQj) [%] ・・・・(２０)
ここで、ΣQj：接続ユニットの合計容量 である。
また熱交換器の熱交換容量（空調容量）と容積は比例の関係にあり、熱交換容量が大きくなるほど容積も大きくなる。暖房時には負荷側熱交換器の熱交換容量に応じてA_L%閾値が変化するが（式２０）、その傾向は容積が小さいほど熱交換器に多くの割合の冷媒を貯留する必要があるため、容積が小さい熱交換器ほどA_L%閾値は大きく、容積が大きい熱交換器ほど小さな値となる。例えば熱源側熱交換器に対し利用側熱交換器の容量が100％接続の場合にはA_L%閾値が８であるが、50％では１６のように変化する。

なお、式（２０）は暖房時のA_L%閾値の算出式であるが、冷房の場合は基準となる運転条件であるため冷房運転にて最適な、すなわち最も運転効率が良くなる冷媒量が冷房の目標冷媒量となる。冷房における適正冷媒量は冷房運転を行った際に凝縮器となる熱源側熱交換器において最適となる液冷媒量のときが目標とする冷房時のA_L%であり、このときの冷媒量はA_L%にして５前後であるため、A_L%＝５を目標閾値として冷媒充填量判定を行う。
本発明の空気調和装置は、以上のような高圧側熱交換器の合計容量に応じた閾値を決定（変更も含む）する閾値決定手段を備える。この閾値決定手段は、上記のような処理ステップをプログラムとして記憶部１０４に記憶しておき、演算判定部１０８にその処理を行わせるようにすることで実現できる。

以上説明のように、複数の凝縮器のA_L%を個別に求め、これらを容量比に応じて加重平均してA_L%の平均値を求め、比較対象となる閾値には凝縮器の合計容量に応じたA_L%閾値を設定することにより、複数の容量が異なる凝縮器が接続される暖房運転においても精度良く冷媒充填率を予測し、空気調和装置に最適な冷媒量を充填することが可能となる。
また、A_L%加重平均は容量比以外に、容積比としてもよい。また、式（１９）に示すように配管長によっても変化するため、配管長に応じてA_L%閾値を補正してもよい。この場合配管長が長くなるほどA_L%閾値は小さく、配管長が短くなるほどA_L%閾値は大きくなる。

次に、この冷媒充填アルゴリズムを空気調和装置に適用した図１３のフローチャートについて説明する。なお、空気調和装置の冷媒充填量を判断するための運転は、機器設置後やメンテナンスのために冷媒を一度排出し、再度充填する際などに行う。このための冷媒充填運転制御は有線または無線での外部からの操作信号によって運転を行ってもよい。

図１３において、Step１で空気調和装置の冷暖房運転選択を行う。これはユーザーが希望する運転モードとしてもよいし、ある外気温度例えば15℃などを境に、これを越える温度であれば冷房、下回る温度であれば暖房などのように自動判定させてもよい。なお、図１０において、暖房運転時は四方弁５０２が破線の状態に、冷房運転時は実線の状態に回路を繋ぐ。

次に冷暖の運転動作について説明する。暖房運転では、圧縮機５０１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁５０２、ガス配管５１２を経由して負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂに至り、ファン５１０ａ、５１０ｂからの送風により冷媒ガスは液化凝縮する。このときの凝縮温度は５２３ａ、５２３ｂの温度センサもしくは圧力センサ５１６ａの圧力を飽和温度換算することにより求められる。また、凝縮器である負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂの過冷却度SCは、凝縮温度から温度センサ５２５ａ、５２５ｂの値を引くことによりそれぞれ求められる。凝縮液化した冷媒は圧力調整弁５０５ｄにて減圧され二相状態となる。なお、ここで圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂは全開として、液配管５１１内は液冷媒の状態とする。また圧力調整弁５０５ｃは閉止する。これにより、冷凍サイクル内の液冷媒を凝縮器と液配管に全て溜め込む運転が可能となる。
二相となった冷媒は熱源側熱交換器５０３へ至り、ファン５１０ｃの送風作用により冷媒は蒸発ガス化し、四方弁５０２、アキュムレータ５０８を経て圧縮機５０１へ戻る。熱源側熱交換器における蒸発温度は温度センサ５２３ｃにて求められ、アキュムレータ入口における吸入過熱度は、温度センサ５２２の値から、圧力センサ５１６ｂの圧力を飽和温度換算した蒸発温度を差し引いた値にて求められる。

冷房運転では、圧縮機５０１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁５０２を経て熱源側熱交換器５０３へ至り、ファン５１０ｃの送風作用により冷媒は凝縮液化する。このときの凝縮温度は５２３ｃの温度センサもしくは圧力センサ５１６ａの圧力を飽和温度換算することにより求められる。また、凝縮器である熱源側熱交換器５０３の過冷却度SCは、凝縮温度から温度センサ５２４ｃの値を引くことにより求められる。凝縮液化した冷媒は、開度全開の圧力調整弁５０５ｄ、過冷却熱交換器５０９、液管５１１を経て圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂにて減圧され二相状態となる。過冷却熱交換器５０９では圧力調整弁５０５ｃにて減圧し低温低圧となった二相冷媒と主配管の冷媒が熱交換し、主冷媒配管側の液冷媒は冷却され過冷却度が増す。圧力調整弁５０５ｃを経た冷媒は過冷却熱交換器５０９で加熱ガス化し、アキュムレータ手前側に戻る。なお、圧力調整弁５０５ｃは全閉として過冷却熱交回路を利用しない運転としてもよい。主冷媒配管の圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂにて減圧され二相冷媒は蒸発器である負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂにてファン５１０ａ、５１０ｂの送風作用によりガス化する。このときの蒸発温度は温度センサ５０６ａ、５０６ｂにて測定され、熱交出口温度センサ５２４ａ、５２４ｂの値からそれぞれの蒸発温度を引くことにより熱交換器出口における過熱度が求められる。そしてガス冷媒は四方弁５０２、アキュムレータ５０８を経て圧縮機５０１へ戻る。アキュムレータ手前では暖房と同様に吸入過熱度を求めることができる。

Step２では、アキュムレータの乾燥運転を行う。本例のようにアキュムレータなどの液溜を有する空気調和装置では、圧縮機起動後の冷凍サイクルが非定常で熱交換器における凝縮、蒸発の状態が安定していない初期段階において、液冷媒がアキュムレータに溜まり込んでしまう可能性があり、外気温度の低下する暖房低温条件にて特にその傾向が顕著となる。その場合には、アキュムレータなどに溜まり込んだ液冷媒は蒸発させたり、アキュムレータ内のＵ字管に設けられた小穴から回収することになるが、完全に液冷媒を無くすまでには多くの時間を要する。密度の大きい液冷媒がアキュムレータなどに存在すると、冷凍サイクルにおける冷媒分布が大きく偏り、凝縮器の液冷媒量が減少するため、冷媒量判定指標である凝縮器液相面積比A_L%では正確な冷媒量判定ができなくなる。このため、設置工事の作業性を向上させるためには、アキュムレータ内の液冷媒を早期に除去する必要がある。

アキュムレータ乾燥運転では、圧縮機の吐出側とアキュムレータ手前を接続する電磁弁５１５ｂを開き、高温高圧の吐出ガスをアキュムレータに直接流入させる。これによりアキュムレータに液冷媒が多量に溜まり込んだ場合でも、高温ガスと液冷媒の熱交換作用により、液冷媒を早期に蒸発させることができる。なお、上記運転方法は冷暖共通である。Step２は一定時間、例えば５分や１０分など継続実施し、次のStep３へ移行する。

Step３では冷媒量調整運転を行い、冷媒ボンベ５３０から冷凍サイクル内に冷媒を充填する。Step３の終了後、Step４へ移行する。Step３で冷媒量調整が完了するため、Step４では通常の冷暖房運転が可能となる。Step３の詳細内容は、前述した図４の冷媒量調整運転のフローチャートにより説明する。

図４に示すように、ＳＴ１で、空気調和装置の冷媒充填運転制御を実施する。冷媒充填運転制御では、圧縮機５０１の周波数とファン５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃの回転数が一定となるように運転する。冷房時は圧力調整弁５１５ａ、５１５ｂの開度を、冷凍サイクルの低圧をそれぞれの蒸発器出口で過熱度がつくようにあらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御する。暖房時は圧力調整弁５０５ｄの開度を、冷凍サイクルの低圧をアキュムレータ５０８入口側における吸入過熱度がつくようにあらかじめ設定された制御目標値の所定の範囲内に収まるように制御部１０３が制御する。

複数の異容量機種が多数接続されたシステムにおける暖房運転時には、各凝縮器に対応した圧力調整弁を全て全開にした場合に各凝縮器間の冷媒流量がアンバランスとなり、いずれかの熱交換器の過冷却度のみが大きくつき過ぎて、他の熱交換器は過冷却度がつかない状態となることがある（本実施例は２台なのでアンバランスになる可能性が少ないが十台以上など多くの異容量機種が接続された場合にはアンバランスとなる可能性が高い）。このように異容量機種が多数接続される場合には、もっとも容積の大きい熱交換器に対応する圧力調整弁の開度を全開として、他の圧力調整弁の開口面積は熱交換器の容積比と同じ比とすることで、それぞれの熱交換器容量に相応した冷媒流量を流すことが可能となるため過冷却のアンバランスも解消され、A_L%を正確に計算して、冷媒充填量を正確に予測することが可能となる。また、冷媒充填運転中に、特に過冷却度のつきにくい熱交換器が存在する場合には、その熱交換器の圧力調整弁のみ徐々に開度を小さくして、他との過冷却アンバランスを解消することにより、そのアンバランスを完全に解消することができる。

次にＳＴ２では、冷凍サイクルの圧力、温度などの運転データを測定部１０１に取り込んで測定し、過熱度（ＳＨ）、過冷却度（ＳＣ）などの値を演算部１０２にて計算する。ＳＴ３では、制御目標のアキュムレータ入口側過熱度（ＳＨ）、もしくは蒸発器出口側過熱度（ＳＨ）が目標範囲内か否かを判定する。目標とする過熱度ＳＨはたとえば10±5℃などである。

過熱度を目標範囲内で制御する目的は、蒸発器側の出口運転状態を一定とすることにより、蒸発器側に密度の大きい液冷媒が多く溜まらないようにして、冷媒充填運転制御中は蒸発器側の冷媒量を一定に保つためである。これ以外の冷媒は主に液側の延長配管である接続配管５１１と凝縮器に溜まるため、凝縮器の液相面積比率により冷媒充填量の検知が可能となる。

ＳＴ３にて過熱度が目標範囲内であればＳＴ４でA_L%を演算する。冷媒が極端に不足し、ＳＣがつかない状態では式（８）の演算ができないが、その場合にはA_L%=0とする。そして、ＳＴ５でA_L%が目標値（閾値）以上であるか否かの判定を行う。目標値以上であればＳＴ６で冷媒量適正の表示を報知部１０７のＬＥＤなどにて出力表示する。

一方、ＳＴ５でA_L%が目標値以下の場合にはＳＴ７で冷媒追加充填を行う。冷房時には圧力調整弁５０５ｃを閉じ、電磁弁５１５ｃを開とした状態で、冷媒ボンベ５３０側の電磁弁５１５ａを開く。これにより内圧が外気温度の飽和圧力である冷媒ボンベ５３０から、これよりも低圧のアキュムレータ５０８入口側へ冷媒が流れ込み冷媒充填が行われる（逆止弁５１７ａは逆方向に高低圧がかかるため冷媒が流れない）。冷媒が冷媒ボンベ５３０からアキュムレータ５０８の入口へ至る間には高温液冷媒が流れる過冷却熱交換器５０９を経ており、充填される冷媒は蒸発してガス化した状態でアキュムレータへ流入するためアキュムレータに液冷媒が溜まることはない。したがって、冷媒充填量に応じた冷媒量が迅速に凝縮器液相部に反映されるため、A_L%の感度が早く、正確に冷媒量の予測ができる。

暖房時には、圧力調整弁５０５ｃ、電磁弁５１５ｃを閉とした状態で、冷媒ボンベ５３０側の電磁弁５１５ａを開く。これにより内圧が外気温度の飽和圧力である冷媒ボンベ５３０から、これよりも低い蒸発温度（外気の飽和温度よりも10℃以上低い）である低圧の蒸発器入口側へ、逆止弁５１７ａを介して冷媒が流れ込み冷媒充填が行われる。冷媒が冷媒ボンベ５３０からアキュムレータ５０８の入口へ至る間には容量の大きい蒸発器５０３を経ており、冷媒は蒸発器でガス化される。したがって、冷媒充填量に応じた冷媒量が迅速に凝縮器液相部に反映されるため、A_L%の感度が早く、正確に冷媒量の予測ができる。
また、暖房冷媒充填時に冷媒ボンベから充填される冷媒流量を一定値もしくは一定値以上に大きくに保つために、外気温度と暖房時蒸発器入口の温度センサ５２４ｃとの温度差が一定、もしくは、両者の温度の冷媒飽和圧力換算差圧が一定値もしくは一定値以上となるように圧力調整弁５０５ｄの開度を調整してもよい。

なお、アキュムレータ入口の過熱度がゼロの場合はアキュムレータ５０８へ流入する冷媒に液冷媒が混入することになるため、アキュムレータ入口の過熱度がゼロに近い値、例えば５以下などのときには電磁弁５１５ａを閉じて冷媒充填を停止する。これによりアキュムレータ５０８へ液冷媒が戻り、液冷媒が全て蒸発するまで正確な冷媒充填量判定ができない不都合を回避できる。図４のフローチャートでは、ＳＴ３にてこの過熱度適性判定を行っている。

また、電磁弁５１５ａを開く冷媒充填中にもかかわらず、A_L%が一定時間経過しても増加しない場合には、冷媒ボンベが空と判定できる。このように冷媒ボンベが空であることを冷媒充填中に認識した場合には、報知部１０７にて冷媒ボンベが空であることを表示する。従って、冷媒ボンベを交換して冷媒充填を再開する。
また、冷媒充填中は、高圧圧力もしくは低圧圧力、吐出圧力のいずれかが上昇する傾向となるため、これらのいずれも上昇しない場合にも冷媒ボンベが空と判断できる。

これらにより、設置条件、環境条件にかかわらず精度良く、冷媒充填量の判定を行い、対象機器に応じた適切な冷媒量を充填することが可能となる。
なお、空気調和装置が冷媒回路の高圧側熱交換器と低圧側熱交換器の中間にレシーバー５３３を備えた図１６のような場合も、レシーバー５３３内の余剰冷媒を高圧側熱交換器内に移動させる処理を行い、図１３及び図４に示したステップを取ることより、設置条件、環境条件にかかわらず精度良く、冷媒充填量の判定を行い、対象機器に応じた適切な冷媒量を充填することが可能となる。

実施の形態６．
次に、実施の形態６について図を参照して説明する。実施の形態５と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１４は本発明の実施の形態６を示す空気調和装置の構成図である。図１４の空気調和装置は、高低圧熱交換を行う冷媒熱交換器５３１を有しており、ガス配管５１２及び液配管５１１を新設せず、既設配管を流用した場合の配管洗浄運転に対応している。

図１４において、５０１は圧縮機、５０２は四方弁、５０３は熱源側熱交換器、５０８はアキュムレータ、５３１は冷媒熱交換器、５０５ｆは圧力調整弁であり、これらが熱源側ユニットのメイン回路を構成している。また、負荷側ユニットは５０５ａ、５０５ｂの圧力調整弁からなる絞り装置、５０６ａ、５０６ｂの負荷側熱交換器によって構成されており、熱源側ユニットと負荷側ユニットは、液冷媒配管５１１とガス冷媒配管５１２、液側ボールバルブ５０４とガス側ボールバルブ５０７にて接続されている。また、熱源側熱交換器５０３には空気を送風するファン５１０ｃが設けられており、負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂにも同様に空気を送風するファン５１０ａ、５１０ｂが設けられている。 なお、冷媒熱交換器５３１は熱源側ユニットと負荷側ユニットとの間に配置され、高圧側冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換を行うものである。

冷媒熱交換器５３１の一次側流路（冷房時高圧側）は、熱源側熱交換器５０３と圧力調整弁５０５ｆとを接続する主冷媒配管の間に設けられており、一次側流路には通常暖房運転時に使用するバイパス用の電磁弁５１５ｅが設けられている。冷媒熱交換器５３１の二次側流路（冷房時低圧側）は四方弁５０２と、ガス側ボールバルブ５０７の間に設けられている。冷媒熱交換器５３１は、通常の冷房運転では熱源側熱交換器５０３を出た高温高圧冷媒と低温低圧の冷媒と熱交換することにより、過冷却を行う目的（実施の形態１の過冷却熱交換器５０９と同様）で使用し、通常暖房運転では電磁弁５１５ｅを開き冷媒熱交換器５３１は使用しない。

熱源側ユニットには、冷媒ボンベ５３０が電磁弁５１５ａを介して２分岐接続されており、２分岐配管の片方は冷媒熱交換器５３１の二次側とガス側ボールバルブ５０７の間に、他方は熱源側熱交換器５０３と冷媒熱交換器５３１の一次側との間に接続されている。冷媒貯留器としての冷媒ボンベ５３０は設置現場で調達可能な冷媒ボンベを現地で接続してもよいし、熱源側ユニットの内部に内蔵する構成としてもよい。熱源側ユニットの内部に冷媒貯留器などを内蔵する構成とする場合には、製品の出荷前に予め冷媒ボンベとして機能する容器に冷媒を充填し、電磁弁５１５ａを閉じて冷媒を容器内に封止した状態で出荷する。また、５１５ａの電磁弁は電磁弁に限るものではなく、流量調整弁などの開閉弁や、作業者が当該空気調和装置からの何らかの外部出力を目視して手動開閉可能な弁としてもよい。

また、上記の空気調和装置の凝縮器において冷媒の凝縮熱の吸熱対象となるものは空気であるが、これは水、冷媒、ブラインなどでもよく、吸熱対象の供給装置はポンプなどでもよい。また、図１４は負荷側ユニットが２台の場合の構成例であるが３台以上の複数でもよく、それぞれの負荷側ユニットの容量が大から小まで異なっても、全てが同一容量でもよい。また、熱源側ユニットについても同様に複数台接続する構成としてもよい点については実施の形態５に同様である。

また、実施の形態６で使用するセンサ類と計測制御部については、実施の形態５の場合に加えて、冷房時の冷媒熱交換器５３１出口の過冷却度を計算するための温度センサ５２６が設けられている。

続いて本実施の形態の空気調和装置の特徴である配管洗浄運転時の動作について説明する。図１４の空気調和装置は、ガス配管５１２及び液配管５１１に既設配管を流用した場合の配管洗浄運転に対応している。暖房時の配管洗浄方法では、圧縮機５０１を出た高温高圧の冷媒を冷媒熱交換器５３１にて低圧側冷媒と熱交換して冷却し、配管洗浄に適した二相状態とする。冷媒がガス以外の二相もしくは液であれば既設配管内の洗浄が可能であり、ガス配管５１２は二相冷媒で、液配管５１１は負荷側熱交換器にて冷却されて液となった冷媒が流れ込み、配管内の洗浄運転が可能となる。なお、配管洗浄運転においては配管内を二相もしくは液の状態の冷媒を流すことにより、既設配管内に残存する鉱油などの旧油を主成分とする異物を洗浄回収することが可能となることは公知の技術である。

冷房時の配管洗浄運転では、圧縮機５０１を出て四方弁５０２を通過した高温高圧のガス冷媒が、凝縮器である熱源側熱交換器５０３にて凝縮し、液冷媒となって液配管５１１内を流れる。このとき電磁弁５１５ｅを閉じて、液冷媒を冷媒熱交換器５３１に流し、圧力調整弁５０５ｆは全開としている。液配管５１１を経た液冷媒は圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂにて減圧され二相状態となって負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂ、及びガス配管５１２を流れる。そして、冷媒熱交換器５３１にて高圧側の液冷媒と熱交換し、冷媒はガス状態となってアキュムレータ５０８を経て圧縮機５０１へ戻る。なお、圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂはアキュムレータ５０８の入口過熱度がプラス域を保つ状態（例えば10℃程度）となるように制御部１０３にて開度制御が行われている。本例では、通常の空気調和装置にはない冷媒熱交換器５３１にて二相冷媒を加熱してガス化するため、冷房運転においてガス配管５１２内に二相状態の冷媒を流すことが可能となり、ガス配管５１２内の洗浄運転が可能となる。

次に、図１４の空気調和装置における冷媒充填方法について説明する。冷房時の冷媒充填における冷媒の流れは上記説明の冷房時の配管洗浄運転にほぼ同じであるが、圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂの制御内容が異なり、蒸発器である負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂの出口過熱度が目標範囲（例えば10℃±5℃など）となるように制御部１０３により制御する。これにより、ガス配管５１２内の冷媒を通常の冷房運転同様にガス状態にすることができ、かつ液冷媒を凝縮器である熱源側熱交換器５０３及び液配管５１１内に溜め込み、凝縮器液相面積比A_L%で冷媒充填量を推定する実施の形態５にて説明の方法を適用することが可能となる。

冷房時の冷媒充填では、冷媒ボンベ５３０に繋がる電磁弁５１５ａを開とすると、冷媒は逆止弁５１７ｂを経て低圧側の冷媒熱交換器５３１の二次側入口へ流入する。冷媒熱交換器５３１の二次側入口へ流入した冷媒は、冷媒熱交換器５３１にて高温高圧の高圧側冷媒と熱交換しガス状態となる。このため、アキュムレータ５０８へ液冷媒が流入することはなく、アキュムレータ内に液冷媒が溜まり、装置全体の冷媒量が正確に把握できない不都合は回避される。なお、冷媒ボンベ５３０の内圧は外気温度の飽和圧力相当であり、冷媒熱交換器５３１の二次側入口より高圧であるため、冷媒は順方向となる逆止弁５１７ｂを経て主冷媒回路内へ流入する。また、このとき逆止弁５１７ｃは逆方向加圧となるため冷媒は流れず、電磁弁５０５ｅは閉としている。

暖房時の冷媒充填における冷媒の流れは、前記説明の暖房配管洗浄運転時の冷媒の流れとは異なり、冷媒熱交換器５３１を通さない回路構成とする。すなわち、圧縮機５０１から吐出された冷媒は四方弁５０２、ガス配管５１２を高温高圧のガス状態で流れ、負荷側熱交換器５０６ａ、５０６ｂにて凝縮液化する。圧力調整弁５０５ａ、５０５ｂは全開、もしくは負荷側熱交換器が多数繋がる場合には実施の形態５にて説明した容量比に応じた開度とする。そして液冷媒は液配管５１１を経て圧力調整弁５０５ｆにて減圧し二相冷媒となる。二相冷媒は熱源側熱交換器５０３にて蒸発ガス化し、アキュムレータ５０８を経て圧縮機５０１へ戻る。

暖房時の冷媒充填では、冷媒ボンベ５３０に繋がる電磁弁５１５ａを開くと、逆止弁５１７ｃを介して低圧側である熱源側熱交換器５０３の入口側へ冷媒が流入する。流入した冷媒は蒸発器である熱源側熱交換器５０３にて蒸発ガス化するため、アキュムレータ内に液冷媒が流入する不都合を生じることはない。このとき、冷媒ボンベ５３０の内圧は外気温度の飽和圧力相当であり、外気と熱交換して蒸発器として動作するため、圧力が外気飽和圧力より低い熱源側熱交換器５０３の入口へ冷媒が流れる。また、電磁弁５０５ｅは閉、逆止弁５１７ｂは逆方向加圧となるため冷媒が流れない。

なお、上記説明以外の冷媒充填に関する動作ステップ、冷媒充填量の判定方法などについては実施の形態５と同様である。

図１４の空気調和装置では、機器設置後最初に冷媒充填運転を行い、冷媒量が適切となった後に配管洗浄運転を行うことにより、配管洗浄及び通常冷暖房運転に必要な冷媒量を確保した適性運転が可能となる。なお、配管洗浄運転では冷媒量が通常運転時の冷媒量よりも少なめでも良いため、図１５に示すように、冷媒量調整を２段階（冷媒量調整１：STEP１、冷媒量調整２：STEP３）とし、配管洗浄前の冷媒量調整（冷媒一次充填STEP１）では冷媒量判定の閾値を通常運転時のAL%閾値よりも低めに設定し、配管洗浄運転が終了（STEP２）した後に、通常運転に必要な冷媒量となるように再度冷媒量調整（冷媒二次充填STEP３）を行う手順としても良い。これにより設置工事時に、冷暖運転は可能であるが空調能力が定格能力よりも少ないSTEP２の配管洗浄運転より前の運転時間を短縮し、早期に空調能力が高い通常空調運転へ移行することが可能となる。

また、予め規定配管長分（例えば７０ｍなど）の冷媒量を熱源側ユニットのアキュムレータや中圧レシーバー、高圧レシーバーなど何らかの冷媒貯留手段となる余剰冷媒貯留容器に封入し、規定配管長以内であれば追加の冷媒充填が不要なチャージレスタイプの空気調和装置の場合には、図１５の冷媒量調整１（STEP１）の冷媒量判定閾値A_L%を規定配管長分の冷媒量を考慮した値に設定し、STEP１にて実機のA_L%が閾値を超えて配管長がチャージレス対応範囲内と判定された場合には追加冷媒充填不要と判断し、STEP３の冷媒量調整２を省略してもよい。これらのレシーバーは、例えば、高圧側熱交換器と低圧側熱交換器の中間に置かれる。

なお、図１４の空気調和装置では、既設配管の洗浄の際に回収される異物はアキュムレータ５０８へ回収される。アキュムレータ５０８へ回収された異物はアキュムレータ底面から排出することにより、主冷媒回路から分離回収することが可能となる。

以上説明のように、図１４のごとく空気調和装置を構成することにより、冷媒の自動充填制御と、既設配管洗浄が両立可能な空気調和装置を提供することが可能となる。

Claims (26)

1. 圧縮機と、少なくとも１つの高圧側熱交換器と、各高圧側熱交換器に対応した絞り装置と、少なくとも１つの低圧側熱交換器とを配管で接続し、前記高圧側熱交換器内に高温高圧の冷媒を流通させ前記低圧側熱交換器内に低温低圧の冷媒を流通させる冷凍サイクルと、
   前記高圧側熱交換器の外部に流体を流して前記高圧側熱交換器内の冷媒と該流体とを熱交換させる流体送出部と、
   前記高圧側熱交換器内の冷媒の凝縮温度もしくは冷却途中の温度を検出する高圧冷媒温度検出部もしくは高圧圧力検出部と、
   前記高圧側熱交換器の出口側の冷媒の温度を検出する高圧側熱交換器出口側冷媒温度検出部と、
   前記高圧側熱交換器の外部を流通する前記流体の温度を検出する流体温度検出部と、
   前記各検出部によって検出された各検出値に基づいて、前記冷凍サイクルを制御する制御部と、
   前記高圧側熱交換器の液相の伝熱面積を該高圧側熱交換器の伝熱面積で割った該高圧側熱交換器内の冷媒の液相部の量に係る値である凝縮器液相面積比を、前記各検出部によって検出された各検出値に基づいて演算する演算部と、
   前記演算部で演算により算出された値と所定の閾値との比較を基に、前記冷凍サイクル内の冷媒充填状態を判定する判定部と、を備え、
   前記凝縮器液相面積比は、前記高圧側熱交換器の冷媒凝縮温度、前記高圧側熱交換器の出口過冷却度、前記高圧側熱交換器の前記流体の吸込温度、前記高圧側熱交換器の出入口エンタルピー差、前記高圧側熱交換器の出口冷媒液の定圧液比熱を基に演算されるものであることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記凝縮器液相面積比は、以下の式により求められるものである、請求項１記載の空気調和装置。
   

   

   A_L%：凝縮器の液相面積比
   SC：凝縮温度から凝縮器出口温度を減じて求められる値
   dT_c：凝縮温度から室外温度を減じて求められる値
   Cpr：冷媒の低圧比熱
   △Hcon：凝縮器入出口のエンタルピー差
   Qj(k)：各凝縮器の熱交換容量
   ｋ：凝縮器の番号
   ｎ：凝縮器の個数
3. 前記所定の閾値が予め定められた値であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記所定の閾値が質量保存側から理論的に求めた理論値であることを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。
5. 前記理論値は前記高圧側熱交換器の凝縮温度と液密度、及び前記低圧側熱交換器の蒸発温度に基づき演算されることを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記所定の閾値が空気調和機の構成に応じた目標閾値であり、前記演算部が空気調和機の構成に応じて前記目標閾値を変更する閾値変更手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。
7. 前記閾値変更手段は、前記高圧側熱交換器の合計熱交換容量又は合計容積、若しくは前記配管の長に応じて閾値を決定する閾値決定手段であることを特徴とする請求項６記載の空気調和装置。
8. 複数の前記高圧側熱交換器に対応する各絞り装置の開口面積は、前記高圧側熱交換器の熱交換容量もしくは容積に相関した開度とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
9. 前記演算部で算出又は処理された結果を報知する報知部を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の空気調和装置。
10. 前記低圧側熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒回路に配置されたアキュムレータとを備え、前記絞り装置を制御し、前記アキュムレータに流入する冷媒をガス状態にして前記アキュムレータ内の余剰冷媒を前記高圧側熱交換器内に移動させる特殊運転モードを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
11. 前記絞り装置は上流側絞り装置と下流側絞り装置とで構成され、前記上流側絞り装置と前記下流側絞り装置との間の冷媒回路に配置されたレシーバーとを備え、前記上流側絞り装置の開口面積を前記下流側絞り装置の開口面積よりも小さくし、前記レシーバーの出口冷媒が二相状態になるようにして前記レシーバー内の余剰冷媒を前記高圧側熱交換器内に移動させる特殊運転モードを備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空気調和装置。
12. 冷凍サイクルの低圧側に予め冷媒を封入した低圧レシーバーを設け、暖房冷媒充填終了後に低圧レシーバー内の冷媒を主冷凍サイクル内に開放することを特徴とする請求項７又は１０記載の空気調和装置。
13. 冷凍サイクルの高圧側に高圧レシーバーを設け、暖房冷媒充填中に前記高圧レシーバーに液冷媒を貯留し、暖房充填終了後に高圧レシーバー内の冷媒を主冷凍サイクル内に開放することを特徴とする請求項７、１０、又は１２のいずれか一項に記載の空気調和装置。
14. 暖房冷媒充填運転終了後に、所定の冷媒量を追加充填することを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
15. タイマーを備え、該タイマーにより一定時間毎に前記特殊運転モードに入ることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
16. 外部からの有線又は無線での操作信号によって前記特殊運転モードに入ることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
17. 前記冷媒がＣＯ ₂ 冷媒であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の空気調和装置。
18. 前記報知部では、冷媒充填に必要な残り時間、もしくは追加冷媒充填量、もしくは充填が完了したか否かの判定結果のいずれか、もしくはこれらの組み合わせを報知することを特徴とした請求項９記載の空気調和装置。
19. 前記演算部での演算結果又は前記判定部での判定結果を外部へ送信する通信手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の空気調和装置。
20. 前記圧縮機と、冷房運転時に前記高圧側熱交換器として作用する熱源側熱交換器と、該熱源側熱交換器に対応した熱源側絞り装置とを備えた熱源側ユニットと、
    冷房運転時に前記低圧側熱交換器として作用する負荷側熱交換器と負荷側絞り装置とを備えた負荷側ユニットと、を備え、
    前記負荷側熱交換器と前記熱源側絞り装置との間の前記熱源側ユニットに過冷却熱交換器を備えたものであって、
    冷媒供給用の冷媒貯留器を、冷媒充填用開閉弁を介して前記熱源側ユニットの前記熱源側絞り装置と前記熱源側熱交換器との間の冷媒回路に接続し、
    暖房運転時に前記凝縮器液相面積比を算出し、該凝縮器液相面積比に基づいて前記冷媒充填用開閉弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
21. 前記凝縮器液相面積比の変化に基づき、前記冷媒貯留器の液冷媒が空であることを検知し、それを報知部にて報知することを特徴とする請求項２０記載の空気調和装置。
22. 冷媒回路の低圧側に余剰冷媒を溜めるアキュムレータを備え、予め規定延長配管長分の冷媒が封入され、延長配管長が規定範囲内であれば冷媒の追加充填が不要な空気調和装置であって、前記絞り装置を制御して前記アキュムレータに流入する冷媒をガス冷媒にして、前記アキュムレータ内の余剰冷媒を前記高圧側熱交換器内に移動させ、高圧側熱交換器内の冷媒の液相部の量に係る値である凝縮器液相面積比が所定の閾値を超える場合には延長配管長が規定範囲内と判定する第一次判定を行い、第一次判定にて冷媒が足りていると判定されている場合には冷媒追加充填工程を省略し、冷媒不足と判定された場合には冷媒追加充填及び追加判定を行い、前記凝縮器液相面積比が所定の閾値となるまで冷媒追加充填及び追加判定を繰り返すことを特徴とする請求項２０記載の空気調和装置。
23. 冷媒回路の高圧側熱交換器と低圧側熱交換器の中間にレシーバーを備え、予め規定延長配管長分の冷媒が封入され、延長配管長が規定範囲内であれば冷媒の追加充填が不要な空気調和装置であって、前記絞り装置を制御して前記レシーバーに流入する冷媒をガス冷媒にして、前記レシーバー内の余剰冷媒を前記高圧側熱交換器内に移動させ、前記高圧側熱交換器内の冷媒の液相部の量に係る値である凝縮器液相面積比が所定の閾値を超える場合には延長配管長が規定範囲内と判定する第一次判定を行い、第一次判定にて冷媒が足りていると判定されている場合には冷媒追加充填工程を省略し、冷媒不足と判定された場合には冷媒追加充填及び追加判定を行い、前記凝縮器液相面積比が所定の閾値となるまで冷媒追加充填及び追加判定を繰り返すことを特徴とする請求項２０記載の空気調和装置。
24. 圧縮機と高圧側熱交換器と絞り装置と低圧側熱交換器とを配管で接続し、前記高圧側熱交換器内に高温高圧の冷媒を流通させ前記低圧側熱交換器内に低温低圧の冷媒を流通させる冷凍サイクルを有した空気調和装置の冷媒充填状態判定方法であって、
    前記高圧側熱交換器の液相の伝熱面積を該高圧側熱交換器の伝熱面積で割った該高圧側熱交換器内の冷媒の液相部の量に係る値である凝縮器液相面積比を、以下の式により算出し、
    該凝縮器液相面積比を所定の値と比較して、前記冷凍サイクル内の冷媒充填状態を判定することを特徴とする空気調和装置の冷媒充填状態判定方法。
    

    

    A_L%：凝縮器の液相面積比
    SC：凝縮温度から凝縮器出口温度を減じて求められる値
    dT_c：凝縮温度から室外温度を減じて求められる値
    Cpr：冷媒の低圧比熱
    △Hcon：凝縮器入出口のエンタルピー差
    Qj(k)：各凝縮器の熱交換容量
    ｋ：凝縮器の番号
    ｎ：凝縮器の個数
25. 請求項２４の冷媒充填状態判定方法を利用して、冷凍サイクルを構成する冷媒回路内に冷媒を充填することを特徴とする空気調和装置の冷媒充填方法。
26. 請求項２４の冷媒充填状態判定方法を利用して、冷凍サイクルを構成する冷媒回路内に冷媒を充填し、その充填された冷媒を利用して前記配管を洗浄することを特徴とする空気調和装置の冷媒充填・配管洗浄方法。

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